Magnete elementare

Le proprietà magnetiche della materia, cioè il diamagnetismo, il paramagnetismo e il ferromagnetismo, sono spiegate dai magneti elementari che si trovano su ogni atomo di un solido paramagnetico e ferromagnetico (vedi figura sotto). Si tratta principalmente di spin di elettroni o di spin nucleari che, in quanto spin atomici, hanno un effetto magnetico come piccoli magneti elementari. In fisica, questi magneti elementari sono chiamati momenti magnetici.

Allineamento dei magneti elementari

Le forze magnetiche dei magneti permanenti sono spiegate dal fatto che i magneti elementari sono allineati parallelamente ai singoli atomi del materiale. Questo allineamento parallelo degli spin atomici si trova in realtà nei materiali ferromagnetici, anche se non necessariamente nell'intero materiale, ma nei cosiddetti domini di Weiss. Questo allineamento può anche essere visualizzato negli esperimenti.

I momenti magnetici allineati dei magneti elementari consentono la magnetizzazione permanente proprio quando le forze che stabilizzano l'allineamento parallelo dei magneti elementari sono sufficientemente grandi. La forza più importante è l'interazione di scambio degli spin degli elettroni. Nei ferromagneti, ciò significa che gli spin atomici allineati non possono mescolarsi di nuovo attraverso il movimento termico e quindi rimane una magnetizzazione permanente.

Tuttavia, l'allineamento dei magneti elementari può essere distrutto dall'applicazione di energia termica, cioè da un forte riscaldamento. Altre possibilità di smagnetizzazione sono forti colpi al magnete o l'applicazione di un campo magnetico esterno in direzione opposta. I singoli magneti elementari si mescolano di nuovo e il campo misurabile all'esterno del materiale scompare.

Una buona immagine dell'effetto dei magneti elementari allineati può essere ottenuta utilizzando una serie di aghi di bussola magnetica, disposti in modo rotatorio su una piastra. Gli aghi della bussola si dispongono parallelamente in determinate aree a causa dell'interazione reciproca. Ciò è simile ai domini di Weiss in un ferromagnete non magnetizzato. Se si fa passare un magnete permanente sulla piastra dall'esterno, i vari domini di Weiss si uniscono, poiché gli aghi del compasso sono tutti disposti parallelamente l'uno all'altro. Questo accade anche con i magneti elementari nei materiali ferromagnetici e paramagnetici quando questi vengono posti in un campo magnetico esterno. La differenza tra paramagneti e ferromagneti è che l'allineamento dei magneti elementari nei paramagneti non è stabile, mentre lo è nei ferromagneti. I diamanti non hanno magneti elementari che possono essere allineati.

La maggior parte degli elettromagneti ha un nucleo di ferro ferromagnetico i cui magneti elementari sono allineati dal campo magnetico dell'elettromagnete e lo amplificano molte volte.